MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  chpmatply1 Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem chpmatply1 22685
Description: The characteristic polynomial of a (square) matrix over a commutative ring is a polynomial, see also the following remark in [Lang], p. 561: "[the characteristic polynomial] is an element of k[t]". (Contributed by AV, 2-Aug-2019.) (Proof shortened by AV, 29-Nov-2019.)
Hypotheses
Ref Expression
chpmatply1.c ๐ถ = (๐‘ CharPlyMat ๐‘…)
chpmatply1.a ๐ด = (๐‘ Mat ๐‘…)
chpmatply1.b ๐ต = (Baseโ€˜๐ด)
chpmatply1.p ๐‘ƒ = (Poly1โ€˜๐‘…)
chpmatply1.e ๐ธ = (Baseโ€˜๐‘ƒ)
Assertion
Ref Expression
chpmatply1 ((๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต) โ†’ (๐ถโ€˜๐‘€) โˆˆ ๐ธ)

Proof of Theorem chpmatply1
StepHypRef Expression
1 chpmatply1.c . . 3 ๐ถ = (๐‘ CharPlyMat ๐‘…)
2 chpmatply1.a . . 3 ๐ด = (๐‘ Mat ๐‘…)
3 chpmatply1.b . . 3 ๐ต = (Baseโ€˜๐ด)
4 chpmatply1.p . . 3 ๐‘ƒ = (Poly1โ€˜๐‘…)
5 eqid 2726 . . 3 (๐‘ Mat ๐‘ƒ) = (๐‘ Mat ๐‘ƒ)
6 eqid 2726 . . 3 (๐‘ maDet ๐‘ƒ) = (๐‘ maDet ๐‘ƒ)
7 eqid 2726 . . 3 (-gโ€˜(๐‘ Mat ๐‘ƒ)) = (-gโ€˜(๐‘ Mat ๐‘ƒ))
8 eqid 2726 . . 3 (var1โ€˜๐‘…) = (var1โ€˜๐‘…)
9 eqid 2726 . . 3 ( ยท๐‘  โ€˜(๐‘ Mat ๐‘ƒ)) = ( ยท๐‘  โ€˜(๐‘ Mat ๐‘ƒ))
10 eqid 2726 . . 3 (๐‘ matToPolyMat ๐‘…) = (๐‘ matToPolyMat ๐‘…)
11 eqid 2726 . . 3 (1rโ€˜(๐‘ Mat ๐‘ƒ)) = (1rโ€˜(๐‘ Mat ๐‘ƒ))
121, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11chpmatval 22684 . 2 ((๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต) โ†’ (๐ถโ€˜๐‘€) = ((๐‘ maDet ๐‘ƒ)โ€˜(((var1โ€˜๐‘…)( ยท๐‘  โ€˜(๐‘ Mat ๐‘ƒ))(1rโ€˜(๐‘ Mat ๐‘ƒ)))(-gโ€˜(๐‘ Mat ๐‘ƒ))((๐‘ matToPolyMat ๐‘…)โ€˜๐‘€))))
134ply1crng 22068 . . . 4 (๐‘… โˆˆ CRing โ†’ ๐‘ƒ โˆˆ CRing)
14133ad2ant2 1131 . . 3 ((๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต) โ†’ ๐‘ƒ โˆˆ CRing)
15 crngring 20148 . . . 4 (๐‘… โˆˆ CRing โ†’ ๐‘… โˆˆ Ring)
16 eqid 2726 . . . . 5 (((var1โ€˜๐‘…)( ยท๐‘  โ€˜(๐‘ Mat ๐‘ƒ))(1rโ€˜(๐‘ Mat ๐‘ƒ)))(-gโ€˜(๐‘ Mat ๐‘ƒ))((๐‘ matToPolyMat ๐‘…)โ€˜๐‘€)) = (((var1โ€˜๐‘…)( ยท๐‘  โ€˜(๐‘ Mat ๐‘ƒ))(1rโ€˜(๐‘ Mat ๐‘ƒ)))(-gโ€˜(๐‘ Mat ๐‘ƒ))((๐‘ matToPolyMat ๐‘…)โ€˜๐‘€))
172, 3, 4, 5, 8, 10, 7, 9, 11, 16chmatcl 22681 . . . 4 ((๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต) โ†’ (((var1โ€˜๐‘…)( ยท๐‘  โ€˜(๐‘ Mat ๐‘ƒ))(1rโ€˜(๐‘ Mat ๐‘ƒ)))(-gโ€˜(๐‘ Mat ๐‘ƒ))((๐‘ matToPolyMat ๐‘…)โ€˜๐‘€)) โˆˆ (Baseโ€˜(๐‘ Mat ๐‘ƒ)))
1815, 17syl3an2 1161 . . 3 ((๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต) โ†’ (((var1โ€˜๐‘…)( ยท๐‘  โ€˜(๐‘ Mat ๐‘ƒ))(1rโ€˜(๐‘ Mat ๐‘ƒ)))(-gโ€˜(๐‘ Mat ๐‘ƒ))((๐‘ matToPolyMat ๐‘…)โ€˜๐‘€)) โˆˆ (Baseโ€˜(๐‘ Mat ๐‘ƒ)))
19 eqid 2726 . . . 4 (Baseโ€˜(๐‘ Mat ๐‘ƒ)) = (Baseโ€˜(๐‘ Mat ๐‘ƒ))
20 chpmatply1.e . . . 4 ๐ธ = (Baseโ€˜๐‘ƒ)
216, 5, 19, 20mdetcl 22449 . . 3 ((๐‘ƒ โˆˆ CRing โˆง (((var1โ€˜๐‘…)( ยท๐‘  โ€˜(๐‘ Mat ๐‘ƒ))(1rโ€˜(๐‘ Mat ๐‘ƒ)))(-gโ€˜(๐‘ Mat ๐‘ƒ))((๐‘ matToPolyMat ๐‘…)โ€˜๐‘€)) โˆˆ (Baseโ€˜(๐‘ Mat ๐‘ƒ))) โ†’ ((๐‘ maDet ๐‘ƒ)โ€˜(((var1โ€˜๐‘…)( ยท๐‘  โ€˜(๐‘ Mat ๐‘ƒ))(1rโ€˜(๐‘ Mat ๐‘ƒ)))(-gโ€˜(๐‘ Mat ๐‘ƒ))((๐‘ matToPolyMat ๐‘…)โ€˜๐‘€))) โˆˆ ๐ธ)
2214, 18, 21syl2anc 583 . 2 ((๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต) โ†’ ((๐‘ maDet ๐‘ƒ)โ€˜(((var1โ€˜๐‘…)( ยท๐‘  โ€˜(๐‘ Mat ๐‘ƒ))(1rโ€˜(๐‘ Mat ๐‘ƒ)))(-gโ€˜(๐‘ Mat ๐‘ƒ))((๐‘ matToPolyMat ๐‘…)โ€˜๐‘€))) โˆˆ ๐ธ)
2312, 22eqeltrd 2827 1 ((๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต) โ†’ (๐ถโ€˜๐‘€) โˆˆ ๐ธ)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:   โ†’ wi 4   โˆง w3a 1084   = wceq 1533   โˆˆ wcel 2098  โ€˜cfv 6536  (class class class)co 7404  Fincfn 8938  Basecbs 17151   ยท๐‘  cvsca 17208  -gcsg 18863  1rcur 20084  Ringcrg 20136  CRingccrg 20137  var1cv1 22046  Poly1cpl1 22047   Mat cmat 22258   maDet cmdat 22437   matToPolyMat cmat2pmat 22557   CharPlyMat cchpmat 22679
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1789  ax-4 1803  ax-5 1905  ax-6 1963  ax-7 2003  ax-8 2100  ax-9 2108  ax-10 2129  ax-11 2146  ax-12 2163  ax-ext 2697  ax-rep 5278  ax-sep 5292  ax-nul 5299  ax-pow 5356  ax-pr 5420  ax-un 7721  ax-cnex 11165  ax-resscn 11166  ax-1cn 11167  ax-icn 11168  ax-addcl 11169  ax-addrcl 11170  ax-mulcl 11171  ax-mulrcl 11172  ax-mulcom 11173  ax-addass 11174  ax-mulass 11175  ax-distr 11176  ax-i2m1 11177  ax-1ne0 11178  ax-1rid 11179  ax-rnegex 11180  ax-rrecex 11181  ax-cnre 11182  ax-pre-lttri 11183  ax-pre-lttrn 11184  ax-pre-ltadd 11185  ax-pre-mulgt0 11186  ax-addf 11188  ax-mulf 11189
This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 396  df-or 845  df-3or 1085  df-3an 1086  df-xor 1505  df-tru 1536  df-fal 1546  df-ex 1774  df-nf 1778  df-sb 2060  df-mo 2528  df-eu 2557  df-clab 2704  df-cleq 2718  df-clel 2804  df-nfc 2879  df-ne 2935  df-nel 3041  df-ral 3056  df-rex 3065  df-rmo 3370  df-reu 3371  df-rab 3427  df-v 3470  df-sbc 3773  df-csb 3889  df-dif 3946  df-un 3948  df-in 3950  df-ss 3960  df-pss 3962  df-nul 4318  df-if 4524  df-pw 4599  df-sn 4624  df-pr 4626  df-tp 4628  df-op 4630  df-ot 4632  df-uni 4903  df-int 4944  df-iun 4992  df-iin 4993  df-br 5142  df-opab 5204  df-mpt 5225  df-tr 5259  df-id 5567  df-eprel 5573  df-po 5581  df-so 5582  df-fr 5624  df-se 5625  df-we 5626  df-xp 5675  df-rel 5676  df-cnv 5677  df-co 5678  df-dm 5679  df-rn 5680  df-res 5681  df-ima 5682  df-pred 6293  df-ord 6360  df-on 6361  df-lim 6362  df-suc 6363  df-iota 6488  df-fun 6538  df-fn 6539  df-f 6540  df-f1 6541  df-fo 6542  df-f1o 6543  df-fv 6544  df-isom 6545  df-riota 7360  df-ov 7407  df-oprab 7408  df-mpo 7409  df-of 7666  df-ofr 7667  df-om 7852  df-1st 7971  df-2nd 7972  df-supp 8144  df-tpos 8209  df-frecs 8264  df-wrecs 8295  df-recs 8369  df-rdg 8408  df-1o 8464  df-2o 8465  df-er 8702  df-map 8821  df-pm 8822  df-ixp 8891  df-en 8939  df-dom 8940  df-sdom 8941  df-fin 8942  df-fsupp 9361  df-sup 9436  df-oi 9504  df-card 9933  df-pnf 11251  df-mnf 11252  df-xr 11253  df-ltxr 11254  df-le 11255  df-sub 11447  df-neg 11448  df-div 11873  df-nn 12214  df-2 12276  df-3 12277  df-4 12278  df-5 12279  df-6 12280  df-7 12281  df-8 12282  df-9 12283  df-n0 12474  df-xnn0 12546  df-z 12560  df-dec 12679  df-uz 12824  df-rp 12978  df-fz 13488  df-fzo 13631  df-seq 13970  df-exp 14031  df-hash 14294  df-word 14469  df-lsw 14517  df-concat 14525  df-s1 14550  df-substr 14595  df-pfx 14625  df-splice 14704  df-reverse 14713  df-s2 14803  df-struct 17087  df-sets 17104  df-slot 17122  df-ndx 17134  df-base 17152  df-ress 17181  df-plusg 17217  df-mulr 17218  df-starv 17219  df-sca 17220  df-vsca 17221  df-ip 17222  df-tset 17223  df-ple 17224  df-ds 17226  df-unif 17227  df-hom 17228  df-cco 17229  df-0g 17394  df-gsum 17395  df-prds 17400  df-pws 17402  df-mre 17537  df-mrc 17538  df-acs 17540  df-mgm 18571  df-sgrp 18650  df-mnd 18666  df-mhm 18711  df-submnd 18712  df-efmnd 18792  df-grp 18864  df-minusg 18865  df-sbg 18866  df-mulg 18994  df-subg 19048  df-ghm 19137  df-gim 19182  df-cntz 19231  df-oppg 19260  df-symg 19285  df-pmtr 19360  df-psgn 19409  df-cmn 19700  df-abl 19701  df-mgp 20038  df-rng 20056  df-ur 20085  df-ring 20138  df-cring 20139  df-oppr 20234  df-dvdsr 20257  df-unit 20258  df-invr 20288  df-dvr 20301  df-rhm 20372  df-subrng 20444  df-subrg 20469  df-drng 20587  df-lmod 20706  df-lss 20777  df-sra 21019  df-rgmod 21020  df-cnfld 21237  df-zring 21330  df-zrh 21386  df-dsmm 21623  df-frlm 21638  df-ascl 21746  df-psr 21799  df-mvr 21800  df-mpl 21801  df-opsr 21803  df-psr1 22050  df-vr1 22051  df-ply1 22052  df-mamu 22237  df-mat 22259  df-mdet 22438  df-mat2pmat 22560  df-chpmat 22680
This theorem is referenced by:  chmaidscmat  22701  cpmidgsum  22721  cpmidgsumm2pm  22722  cpmidpmatlem2  22724  cpmidpmatlem3  22725  chcoeffeqlem  22738  cayhamlem3  22740  cayleyhamilton1  22745
  Copyright terms: Public domain W3C validator